CN102208897B - 基准信号振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基准信号振荡器。在使用具有优异的长期稳定度的高稳定振荡器的基准信号振荡器中，即使在高稳定振荡器发生短时间的故障时，也能够持续稳定地输出基准信号。高稳定振荡器使用铷振荡器或铯振荡器，将作为与这些振荡器相比长期间的频率稳定度较差而短期间的频率稳定度较高的准稳定振荡器的OCXO用作后备。通过准备将从高稳定振荡器发生异常起的经过时间与两振荡器的使用的加权(利用比率)相对应的表并使用该表，在高稳定振荡器恢复之后，初始100％利用准稳定振荡器的振荡频率，然后阶段性地减少准稳定振荡器的使用的加权(利用比率)，使高稳定振荡器的利用比率增大。

Description

基准信号振荡器

技术领域

本发明涉及输出基准信号的基准信号振荡器。

背景技术

在无线通信系统的基站中，尽可能要求频率稳定度高的基准频率信号，因此，使用铷振荡器或铯振荡器等昂贵的振荡器。另一方面，为了应对振荡器出现故障的情况，使这些振荡器二重化，构成备用系统。虽然这种振荡器的长期的频率稳定度优异，但是由于从电源接通起至频率稳定为止需要较长的时间，且短期的频率稳定度较差，所以后备的振荡器在接入电源使其振荡的状态下待机。

然而，当使用铷振荡器或铯振荡器作为备用时，存在系统的价格变得非常昂贵的课题。

专利文献1中，记载有在频率合成器中具备TCXO和OCXO两者，对它们进行切换作为基准信号使用的技术，另外，专利文献2中，记载有具备电压控制型数字温度补偿石英振荡器和OCXO，对它们进行切换作为基准信号使用的技术，但是没有暗示本发明的记载。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平8-56120号公报

专利文献2：日本特开2004-172686号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供：在使用具有优异的长期稳定度的高稳定振荡器的基准信号振荡器中，即使高稳定振荡器发生了短期间的故障，也能够持续稳定地输出基准信号，而且能够抑制价格的技术。

本发明提供一种基准信号振荡器，其特征在于，包括：

高稳定振荡器；

准稳定振荡器，长期间的频率稳定度(长期频率稳定度)与该高稳定振荡器相比较差，而短于上述长期间的短期间的频率稳定度(短期频率稳定度)与上述高稳定振荡器相比较好，相对于上述高稳定振荡器成为备用结构；

检测上述高稳定振荡器的异常的异常检测部；

频率运算部，当分别将上述高稳定振荡器的输出频率和上述准稳定振荡器的输出频率设为f1和f2，并将高稳定振荡器的加权的比率设为A(0≤A≤1)时，进行A·f1+(1-A)·f2的运算，将运算结果作为振荡装置的输出频率输出；和

加权设定部，对从通过上述异常检测部检测出高稳定振荡器的异常的时刻起的经过时间与上述A的值之间的对应关系进行设定，其中

A的值随着上述经过时间从0阶段性地增加到1。

以本发明的具体方式为例。

本发明的基准信号振荡器包括：

用于使上述高稳定振荡器的输出信号的相位与上述准稳定振荡器的输出信号的相位同步的第一相位同步部；

用于在上述准稳定振荡器待机期间，使该准稳定振荡器的输出信号的相位与上述高稳定振荡器的输出信号的相位同步的第二相位同步部；和

控制部，输出控制信号，以使得当检测出上述高稳定振荡器的异常时，使上述准稳定振荡器自运行，当消除上述高稳定振荡器的异常时，暂时使上述高稳定振荡器的输出信号的相位与上述准稳定振荡器的输出信号的相位同步，然后使上述高稳定振荡器自运行。

上述高稳定振荡器是铷振荡器或铯振荡器，上述准稳定振荡器是恒温槽控制石英振荡器。

上述准稳定振荡器包括第一准稳定振荡器和第二准稳定振荡器，

当第一准稳定振荡器发生异常时，将与上述频率运算部连接的准稳定振荡器从第一准稳定振荡器切换至第二准稳定振荡器。

发明效果

本发明在使用具有优异的长期稳定度的高稳定振荡器的基准信号振荡器中，使用与高稳定振荡器相比长期间的频率稳定度较差而短期间的频率稳定度较高的准稳定振荡器作为备用。而且，在高稳定振荡器恢复时并不立即切换至高稳定振荡器，而是随着高稳定振荡器发生异常时起时间的经过阶段性地减小准稳定振荡器的使用的加权(利用比率)。高稳定振荡器在刚电源接通后，频率稳定度较差，而准稳定振荡器的短期间的频率稳定度优异，因此像这样通过进行加权，能够期待优异的频率稳定度。

附图说明

图1是表示本发明的基准信号振荡器的实施方式的结构的框图。

图2是表示上述基准信号振荡器使用的频率混合部的详情的结构图。

图3是表示上述基准信号振荡器使用的高稳定振荡器和准稳定振荡器的频率稳定度的特性图。

图4是表示将上述基准信号振荡器使用的高稳定振荡器和准稳定振荡器的各频率进行加权混合的情况下频率稳定度的一个例子的特性图。

图5是表示将上述基准信号振荡器使用的高稳定振荡器和准稳定振荡器的各频率进行加权混合的情况下频率稳定度的其他例子的特性图。

图6是表示本发明的基准信号振荡器的实施方式的动作流程的流程图。

图7是表示本发明的基准信号振荡器的其他实施方式的结构的框图。

附图标记说明

1   高稳定振荡器

11  开关部(第一电源接入部)

12  电平检测部

13  频率检测部

2   准稳定振荡器

21  开关部(第二电源接入部)

3   控制部

31  程序

4   频率运算部

400 加权表

具体实施方式

图1所示的基准信号振荡器具备高稳定振荡器1和准稳定振荡器2。高稳定振荡器1例如使用铷振荡器或铯振荡器等，准稳定振荡器2例如使用恒温槽控制石英振荡器(以下称为“OCXO”)。如上所述，OCXO具有与上述高稳定振荡器1相比长期间的频率稳定度较差而比上述长期间短的短期间的频率稳定度优异的特性。一个振荡器在电源刚刚接入后频率稳定度较差，因此即使是高稳定振荡器1中，例如在电源接入后的数分钟内，频率稳定度也低于OCXO的频率稳定度。另外，高稳定振荡器1在电源刚刚接入后的频率稳定度，即使为相同机种的情况下，也依据制品不同而稍微存在偏差。

高稳定振荡器1例如由基站的电源系统供给电力，而准稳定振荡器2由与基站的电源系统不同的预备电源例如预备电池供给电力。

12是对从高稳定振荡器1输出的频率信号的电平进行检测的电平检测部，13是对该频率信号的频率进行检测的频率检测部，来自该检测部12、13的检测值分别经由A/D(模拟/数字)转换器12a和13a被例如由计算机构成的控制部3读取。存储在控制部3的程序存储部31中的程序32，组成步骤以执行后述的图6的流程。该程序32的部分步骤，判断由电平检测部12检测出的电平检测值是否位于设定范围中，并且判断由频率检测部13检测出的频率检测值是否位于设定范围中。当判断出至少任一方的检测值偏离设定范围时，即判断为高稳定振荡器1发生异常。在该例中，电平检测部12、频率检测部13以及程序31的检测值判断步骤的部分，相当于对高稳定振荡器1的异常进行检测的异常检测部。

在各振荡器1、2的后级设置有用于对该振荡器1、2的输出信号进行加权和运算(混合)的频率运算部4。使高稳定振荡器1的输出频率和准稳定振荡器2的输出频率分别为f1和f2，高稳定振荡器1的加权的比率为A(0≤A≤1)，该频率运算部4具有进行A·f1+(1-A)·f2的运算，并将运算结果作为基准信号振荡器的输出频率输出的功能。另外，以下将“加权的比率”称为“加权系数”。

图2是表示频率运算部4的一个例子的结构图。通过频率计数器40对来自高稳定振荡器1的频率信号的频率计数，对于该计数值f1通过乘法运算部41、42依次乘以相位系数2π、权重系数(weight)A。然后，通过运算表转换部43、44将2π·f1·A的值分别转换为sin(2π·f1·A)和cos(2π·f1·A)，并作为数字值输出。

另一方面，通过频率计数器50对来自准稳定振荡器2的频率信号计数，对于该计数值f2通过乘法运算部51、52依次乘以相位系数2π、权重系数(weight)B＝(1-A)。然后通过运算表转换部53、54将2π·f2·B的值分别转换为cos(2π·f2·B)和sin(2π·f2·B)，并作为数字值输出。然后，通过乘法运算部61将sin(2π·f1·A)和cos(2π·f2·B)进行乘法运算，并且通过乘法运算部62将cos(2π·f1·A)和sin(2π·f2·B)进行乘法运算。接着，通过加法运算部63将这些乘法运算值相加，其结果得到sin(2π·f1·A+2π·f2·B)。通过D/A转换部64对该数字值进行D/A转换。这样，以A对高稳定振荡器1的输出频率进行加权、以B对准稳定振荡器2的输出频率进行加权所得到的频率的频率信号，作为基准信号从基准信号振荡器输出。

例如如图4的上半部所记载，将加权系数A、B＝(1-A)与检测出高稳定振荡器1的异常后的经过时间相对应地设定，将该加权表400存储在控制部3的存储器33中。该加权表400从图4可知，从高稳定振荡器1的异常检出时起的短期间内，将加权系数A设定为0％(加权系数B为100％)。这是基于，因高稳定振荡器1异常而在最初需要100％依靠准稳定振荡器2。然后，当经过一定时间时，图4的例子中经过100秒之后，随着经过时间阶段性地提高高稳定振荡器1的加权(降低准稳定振荡器2的加权)，最终使高稳定振荡器1的加权成为100％，仅将该高稳定振荡器1的信号作为基准频率信号来使用。另外，由于将高稳定振荡器1的故障设想为短期，所以图5的例子中设想100秒以内异常状态被消除。

这里，记载加权表400、高稳定振荡器1和准稳定振荡器2的各频率稳定性和频率运算部4的输出的关系。图3中纵轴设为频率稳定度，横轴设为平均时间。对该曲线的纵轴的含义进行说明。设定一定时间(例如10秒)，设在该设定时间内以规定的间隔对频率采样所得到的频率的平均值为f，设定频率为f₀，f与f₀的差值为Δf，求取Δf/f₀。然后依次移动上述设定时间的计测开始时间而求出Δf/f₀的移动平均的值是纵轴的值。此外，横轴是设定时间的值，表示为平均时间。图3的曲线能够等同于作为表示振荡器和原子钟的稳定度的参数的阿伦方差(Allan Variance)，纵轴等同于σ(偏差的平方的平均值的平方根)。

图3的点划线(1)表示高稳定振荡器1的频率稳定度，该图的虚线(2)表示准稳定振荡器2的频率稳定度。图3的特性图仅示出了一个例子，实际上即使是同种类的产品，每个的特性也稍微不同。

对于该图3的特性进行图4的上半部的表400中记载的加权时，成为图4的下半部的实线(3)所示的特性。这种情况下，到高稳定振荡器1恢复为止的时间，估算为不到100秒的时间。即，估算从高稳定振荡器1发生故障到恢复为止(消除异常为止)的时间至多为99秒。经过时间超过100秒之前，由于准稳定振荡器2的加权是100％，所以频率稳定度由准稳定振荡器2支配。即，经过时间超过100秒之前，由于高稳定振荡器1没有被利用，所以不存在不到100秒内的频率稳定度，因此基准信号振荡器的频率稳定度，表现为准稳定振荡器2的频率稳定度。然后，执行表400中记载的加权处理，因此频率稳定度中高稳定振荡器1的支配度逐渐增大，最终高稳定振荡器1的加权成为100％，由高稳定振荡器1支配。图4的横轴表示平均时间，但是在对频率稳定度进行评价时，将平均时间看作是从高稳定振荡器1的异常检出时起的经过时间，能够捕捉到频率稳定度发生变化的状态。

虽然大致把握了各振荡器1、2的频率稳定度的经过特性，但是精确而言每一个均不同，此外，虽然设想从高稳定振荡器1发生异常到恢复为止的时间不到100秒，但是每次异常时并不相同。因此，预先基于各振荡器1、2的频率稳定度的大致的经过特性，决定加权系数A和B，以使得不仅在高稳定性振荡器1于0.1秒之后恢复的情况下，而且在接近100秒的时刻恢复的情况(刚接入电源后的时刻)下也能够避免频率稳定度极端变差的状况，使从准稳定振荡器2向高稳定振荡器1的支配逐渐转移。

另外，对于图3的特性进行图5的上半部的表400中记载的加权，成为图5的下半部的实线(3)所示的特性。这种情况下，为将高稳定振荡器1恢复的时刻估算为从异常检出时起不到1200秒(20分)的系统的例子。图4和图5的加权表是一个示例，实际上是在把握所使用的高稳定振荡器1和准稳定振荡器2的频率稳定度的基础上，作成适当的表。

返回图1，加权表400如上所述存储在存储器33中，通过输入部34使该表400显示在显示部35中，通过输入部34能够自由设定加权表400中的异常后经过时间、加权系数A、加权系数B的值。因此，加权表400能够设定为例如图4的上半部所示的表和图5的上半部所示的表等。用加权表400设定的加权系数A和B通过控制部3的程序32读出，读出的系数分别经由D/A转换器14、24输送到频率运算部4。在该例中，加权表400和程序32的一部分构成加权设定部。另外在控制部3中，36是CPU，37是总线。

与高稳定振荡器1相关联地设置有相位同步电路15。该相位同步电路15是用于在高稳定振荡器1的异常消除时使高稳定振荡器1的输出与准稳定振荡器2的频率信号同步的单元。高稳定振荡器1的异常消除时是指，除了瞬时停电恢复的情况之外，还包括高稳定振荡器1发生故障(输出电平或频率的异常)而暂时切断电源，然后恢复的情况等。高稳定振荡器1，通过相位同步电路15使其暂时与准稳定振荡器2同步，但是例如数分钟之后则消除同步而自运行。使高稳定振荡器1的输出与准稳定振荡器2同步然后自运转的动作的一系列时序，例如在高稳定振荡器1的加权为0％的期间进行。

此外，与准稳定振荡器2相关联地设置有相位同步电路25。该相位同步电路25是用于使准稳定振荡器2在待机中与高稳定振荡器1的频率信号同步的单元，当检测出高稳定振荡器1的异常时，同步被消除，准稳定振荡器2自运转。相位同步电路15、25的这样一系列的动作，通过基于程序32由控制部3生成的控制信号来实施。

22是对准稳定振荡器2的频率信号的电平进行检测的电平检测部，23是对准稳定振荡器2的频率信号的频率进行检测的频率检测部，26是对准稳定振荡器2即OCXO的恒温槽的温度进行检测的温度检测部。这些检测部的检测值分别经由A/D转换部22a、23a、26a被读入控制部3，控制部3判断各检测值是否位于预先设定的设定范围内，如果任一个检测值脱离设定范围，则判断为准稳定振荡器2异常，发出警报。该判断例如可以通过控制部3内的程序执行，或者也可以通过硬件执行。该实施方式中，当高稳定振荡器1正常时，在准稳定振荡器2发生了异常的情况下，更换或修理该准稳定振荡器2。

接着，对上述实施方式的作用进行说明。图6表示基准信号振荡器的动作流程，控制部3的程序32在准稳定振荡器2处于待机中时，使得对相位同步电路25输出控制信号，使准稳定振荡器2与高稳定振荡器1的频率信号同步(步骤S1)。然后，对高稳定振荡器1是否异常进行监视(步骤S2)。该监视基于电平检测部12和频率检测部13的各检测值进行。然后，这些检测值的至少一方脱离设定范围时则判断为异常，开始加权的控制(步骤S3)。该加权控制是指，从判断出高稳定振荡器1为异常的时刻起设定定时器，参照存储器33内的加权表400，读出与该定时器的经过时间对应的加权系数A、B，输出到频率运算部4的控制。另外，使准稳定振荡器2与高稳定振荡器1的同步脱离，使准稳定振荡器2自运转(步骤S4)。

通过开始加权控制，高稳定振荡器1的输出频率与准稳定振荡器2的输出频率，通过与经过时间相对应的加权进行混合，作为基准频率信号被输出。首先，在初期准稳定振荡器2的加权系数B是100％，有效地利用该准稳定振荡器2的优异的短期稳定度。另一方面，程序32判断高稳定振荡器1的故障是否已经恢复(异常是否已经消除)(步骤S5)，如果恢复则使高稳定振荡器1的输出暂时与准稳定振荡器2的频率信号同步，然后使高稳定振荡器1自运行。

在此，当高稳定振荡器1发生了异常时，例如如果发生停电，在停电被消除时则自动接通电源，不过，例如当高稳定振荡器1发生故障时，通过例如未图示的开关部将电源切断，而当故障消除时通过开关部接通电源。因此，在任意情况下，当高稳定振荡器1发生异常时，都切断电源，而在异常消除时接通电源。

准稳定振荡器2的加权系数B阶段性地减小(高稳定振荡器1的加权系数A阶段性地增大)，准稳定振荡器2的短期稳定度的贡献度减少，高稳定振荡器1的长期稳定度的贡献程度增加。这样，即使高稳定振荡器1的恢复时刻在所设想的范围内为各种各样，也能够有效利用两个振荡器1的长处，生成频率稳定度高的基准频率信号。而且，程序32根据定时器的经过时间参照表400，判断准稳定振荡器2的加权系数B是否成为0％(步骤S7)，当变成0％时，返回至步骤S1，准稳定振荡器2的输出与高稳定振荡器1的频率信号同步。

另一方面，当高稳定振荡器1的故障没有恢复时，在步骤S8中，判断准稳定振荡器2的加权是否低于100％，当低于100％时，即要利用故障没有恢复的高稳定振荡器1时，发出警报(步骤S9)。即，本实施方式虽然设想为高稳定振荡器1在例如100秒以内恢复，但是当准稳定振荡器2的加权系数B低于100％而高稳定振荡器1的故障却尚未恢复时，判断为系统发生异常状况，警报38动作，需要更换或修理高稳定振荡器1。

根据上述的实施方式，使用具有优异的长期稳定度的高稳定振荡器，并且将与该高稳定振荡器相比长期间的频率稳定度较差而短期间的频率稳定度较高的OCXO即准稳定振荡器2作为后备加以利用。而且，当高稳定振荡器1恢复时，不会立即切换至高稳定振荡器1，而是随着从高稳定振荡器1发生异常时起的经过时间阶段性地使准稳定振荡器2的使用的加权(利用比率)减小。

从而，在切换至准稳定振荡器2的初期，有效利用频率的短期稳定度的优异性，在逐渐减少该利用度的同时，增加对高稳定振荡器1的频率的长期稳定度的优异性的利用度。因此，无论高稳定振荡器1的恢复时刻(消除时刻)在所设想的范围内为哪个时刻都能够避免频率变得极端不稳定的情况，其结果是能够构筑频率稳定的系统。

该方法以高稳定振荡器1的异常在短期内消除为前提，不过，由于消除时刻各自不同，而且高稳定振荡器1与准稳定振荡器2的频率稳定特性也稍稍具有偏差，所以通过使准稳定振荡器的加权阶段性地减小(使高稳定振荡器的加权阶段性地增大)，无论恢复时刻(消除时刻)为哪个时刻，都能够避免频率变得极端不稳定的情况，其结果是能够构筑频率稳定的系统。

图7是表示本发明的其他实施方式的图。该实施方式的结构与图1的实施方式不同之处，如下所述。

a.还追加一台准稳定振荡器作为备用，通过开关部20将从相位同步电路25输出的准稳定振荡器的控制电压的供给路径分支，各分支路径分别与第一准稳定振荡器2和第二准稳定振荡器2′连接。

b.设置有用于选择第一准稳定振荡器2和第二准稳定振荡器2′的各输出端的、且与所述开关部20同步的开关部21，通过该开关部20的切换，使第一准稳定振荡器2和第二准稳定振荡器2′的输出信号有效。

c.关于第二准稳定振荡器2′，也与第一准稳定振荡器2同样，例如从预备电源供给电力。

d.关于第二准稳定振荡器2′，也设置有检测恒温槽的温度的温度检测部26′，将温度检测值经由A/D转换器26′a输入到控制部3。

e.将开关部20切换至第一准温度振荡器2一侧，进行与前面的实施方式相同的运转，但是当第一准稳定振荡器2发生异常时，即频率信号的电平和频率以及温度检测值中的至少一个脱离了设定范围时，利用来自控制部3的指示，将开关部20和21切换至第二准稳定振荡器2′一侧。

f.从第一准稳定振荡器2切换至第二准稳定振荡器2′后，也将由第一准稳定振荡器2设定的加权表保持不变地继续进行加权控制。

根据这样的实施方式，即使第一准稳定振荡器2发生异常，由于能够使用第二准稳定振荡器2′，所以也能够构筑可靠性进一步提高的系统。这种情况下，还设置有未图示的相位同步电路，当选择第一准稳定振荡器2时(开关部20、21进行切换时)，如果通过该相位同步电路使第二准稳定振荡器2′的输出与第一准稳定振荡器2的频率信号同步，则在高稳定振荡器1发生异常而加权控制已经开始的状态下第一准稳定振荡器2发生异常时，由于能够切换至第二准稳定振荡器2′并使用该第二准稳定振荡器2′，所以能够构筑可靠性更高的系统。

Claims (3)

1.一种基准信号振荡器，其特征在于，包括：

高稳定振荡器；

准稳定振荡器，其长期间的频率稳定度与该高稳定振荡器相比较差，而比所述长期间短的短期间的频率稳定度与所述高稳定振荡器相比较好，相对于所述高稳定振荡器成为备用结构；

检测所述高稳定振荡器的异常的异常检测部；

频率运算部，当分别将所述高稳定振荡器的输出频率和所述准稳定振荡器的输出频率设为f1和f2，并将高稳定振荡器的加权的比率设为A时，进行A·f1+(1-A)·f2的运算，将运算结果作为振荡装置的输出频率输出，其中0≤A≤1；

加权设定部，对从通过所述异常检测部检测出高稳定振荡器的异常的时刻起的经过时间与所述A的值之间的对应关系进行设定，其中A的值随着所述经过时间从0阶段性地增加到1；

用于使所述高稳定振荡器的输出信号的相位与所述准稳定振荡器的输出信号的相位同步的第一相位同步部；

用于在所述准稳定振荡器待机期间，使该准稳定振荡器的输出信号的相位与所述高稳定振荡器的输出信号的相位同步的第二相位同步部；和

控制部，其输出控制信号，以使得当检测出所述高稳定振荡器的异常时，使所述准稳定振荡器自运行，当消除所述高稳定振荡器的异常时，暂时使所述高稳定振荡器的输出信号的相位与所述准稳定振荡器的输出信号的相位同步，然后使其自运行。

2.如权利要求1所述的基准信号振荡器，其特征在于：

所述高稳定振荡器是铷振荡器或銫振荡器，所述准稳定振荡器是恒温槽控制石英振荡器。

3.一种基准信号振荡器，其特征在于，包括：

高稳定振荡器；

准稳定振荡器，其长期间的频率稳定度与该高稳定振荡器相比较差，而比所述长期间短的短期间的频率稳定度与所述高稳定振荡器相比较好，相对于所述高稳定振荡器成为备用结构；

检测所述高稳定振荡器的异常的异常检测部；

频率运算部，当分别将所述高稳定振荡器的输出频率和所述准稳定振荡器的输出频率设为f1和f2，并将高稳定振荡器的加权的比率设为A时，进行A·f1+(1-A)·f2的运算，将运算结果作为振荡装置的输出频率输出，其中0≤A≤1；和

加权设定部，对从通过所述异常检测部检测出高稳定振荡器的异常的时刻起的经过时间与所述A的值之间的对应关系进行设定，其中A的值随着所述经过时间从0阶段性地增加到1，

所述准稳定振荡器包括第一准稳定振荡器和第二准稳定振荡器，

当第一准稳定振荡器发生异常时，将与所述频率运算部连接的准稳定振荡器从第一准稳定振荡器切换至第二准稳定振荡器。

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